珠三角城際鐵路CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)試驗方案研究

陳偉生 劉海祥

陳偉生:廣東珠三角城際軌道交通有限公司 高級工程師 510620 廣州

劉海祥:中國鐵道科學研究院通信信號研究所 副研究員 100081 北京

正在建設(shè)的珠三角城際鐵路已明確采用CTCS-2+ATO模式的列車運行自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)在現(xiàn)行國鐵CTCS-2級列控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過增加列車自動運行(ATO)功能，實現(xiàn)列車自動運行、列車運行自動調(diào)整、車站精確定位停車、車門/安全門(屏蔽門)防護及聯(lián)動控制、列車運行節(jié)能控制、列車自動折返等。鑒于“CTCS-2+ATO”列車運行控制方式為首次使用，根據(jù)原鐵道部和廣東省的批復意見，結(jié)合珠三角城際鐵路工程的特點和建設(shè)情況，擬在莞惠線選擇適當?shù)膮^(qū)段先行開展列控系統(tǒng)CTCS-2級增加ATO功能的試驗驗證工作。

1 試驗區(qū)段的選擇

莞惠城際正線全長約99.816 km，其中高架段長40.145 km，路基段長 5.268 km，地下段長54.403 km，全線共設(shè)車站17個(其中高架站6個，地面站1個、地下站10個)。正線按時速200 km客運專線標準設(shè)計，分別開行站站停列車和大站停列車(最高運行速度分別為200 km/h和160 km/h)。大站停列車越行站站停列車，采用CRH6型和諧號動車組。試驗現(xiàn)場選取應(yīng)結(jié)合工程施工進度，最大限度地滿足CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)試驗需求。具體需求如下。

1．莞惠城際正線多為高架及地下區(qū)段，相對施工進展較快，便于進行CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)試驗。

2．在信號系統(tǒng)地面設(shè)備配置方式及設(shè)備功能方面，鑒于有配線車站與無配線車站的差別，試驗區(qū)段應(yīng)包括有配線及無配線車站。

3．為保證CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)試驗效果，需考慮滿足動車組在最高200 km/h速度下，可保持一定時間勻速運行的要求。

4．為滿足自動折返等功能測試，試驗區(qū)段有配線車站正線間宜設(shè)有渡線或交叉渡線道岔，可提供動車組折返運行條件。

綜合考慮以上需求，試驗區(qū)段擬選擇在常平東站至惠環(huán)站之間，試驗區(qū)段線路示意圖如圖1所示。

2 試驗段信號系統(tǒng)總體實施方案

試驗段范圍內(nèi)，信號系統(tǒng)應(yīng)按全線正式開通時的技術(shù)標準設(shè)計，按試驗段建設(shè)工期要求先期開通。ATO車載單元、車站列控中心、通信控制服務(wù)器等可根據(jù)情況選用不同研發(fā)單位的設(shè)備，安裝后同時進行測試。為降低工程投資，除列控車載設(shè)備、通信控制服務(wù)器、車站列控中心等試驗設(shè)備外，其余系統(tǒng)設(shè)備原則上為正式工程使用設(shè)備，以減少工程廢棄。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2.1 運輸調(diào)度指揮系統(tǒng)

試驗段運輸調(diào)度指揮系統(tǒng)采用分散自律調(diào)度集中(CTC)系統(tǒng)，試驗期間設(shè)臨時調(diào)度中心，提供調(diào)度員操作工作界面功能，各有配線車站設(shè)置CTC車站分機、網(wǎng)絡(luò)安全和通信通道質(zhì)量監(jiān)督設(shè)備。通過CTC系統(tǒng)廣域網(wǎng)鏈接車站與車站、車站與臨時調(diào)度中心之間的CTC系統(tǒng)設(shè)備等。結(jié)合列控系統(tǒng)新增的ATO功能，CTC系統(tǒng)也增加了列車運行計劃實時自動調(diào)整功能。為滿足試驗段CTC系統(tǒng)、列控安全數(shù)據(jù)通信網(wǎng)和集中監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信要求，試驗段范圍內(nèi)各車站通信系統(tǒng)按正式工程標準設(shè)置傳輸及接入系統(tǒng)、專用通信系統(tǒng)、通信電源及通信線路等，先期開通。

2.2 列控系統(tǒng)

列控系統(tǒng)按采用擴展ATO功能的CTCS-2級列控系統(tǒng)設(shè)計，滿足運行速度200 km/h及160 km/h動車組共線運行需求。動車組裝備CTCS-2級列控車載設(shè)備(ATP+ATO)，在ATO模式下，配合ATP系統(tǒng)的保護和監(jiān)督，可實現(xiàn)有人監(jiān)督下的列車自動運行;在ATP模式下，車載設(shè)備以一次連續(xù)式速度控制模式(目標距離模式)曲線監(jiān)控列車安全運行。列控系統(tǒng)地面設(shè)備由臨時限速服務(wù)器TSRS、列控中心、通信控制服務(wù)器、ZPW-2000軌道電路、點式應(yīng)答器、LEU、信號安全數(shù)據(jù)通信網(wǎng)等設(shè)備組成，完成ATO車-地通信、與車站屏蔽門(安全門)系統(tǒng)接口等功能。各車站停車股道增設(shè)精確定位應(yīng)答器組，各進站口增設(shè)有源應(yīng)答器傳遞列車運行計劃信息。

2.3 車站聯(lián)鎖

試驗段各有配線車站新設(shè)二乘二取二硬件安全冗余結(jié)構(gòu)的計算機聯(lián)鎖設(shè)備。站內(nèi)設(shè)信號機，采用與區(qū)間相同制式的ZPW-2000(UM)軌道電路。各車站配置信號綜合智能電源屏和不間斷電源設(shè)備。根據(jù)站場設(shè)計道岔，配置相應(yīng)的電液轉(zhuǎn)轍設(shè)備。各車站設(shè)信號微機監(jiān)測分機設(shè)備或其終端設(shè)備，并聯(lián)網(wǎng)引入?yún)^(qū)域監(jiān)測網(wǎng)。

3 主要試驗內(nèi)容

在完成試驗段CTCS-2級列控系統(tǒng)基本聯(lián)調(diào)、聯(lián)試后，可進行城際鐵路CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)功能試驗，根據(jù)城際鐵路ATO功能試驗內(nèi)容的要求，相關(guān)試驗分為3個階段。

第1階段為系統(tǒng)靜態(tài)測試試驗，重點是對各子系統(tǒng)設(shè)備靜態(tài)指標、車輛參數(shù)、系統(tǒng)各子系統(tǒng)間接口、車-地間接口進行聯(lián)調(diào)、聯(lián)試，以確保后續(xù)試驗順利進行。

第2階段為系統(tǒng)單項功能測試試驗，重點是對ATO各單項功能進行專項測試，包括:啟動ATO、關(guān)閉ATO、列車精確定位、列車精確停車、接收ATO報文、列車停準停穩(wěn)報點、自動開屏蔽門(安全門)、自動關(guān)屏蔽門(安全門)、區(qū)間自動運行、車站自動停車、列車計劃自動調(diào)整等。

第3階段為系統(tǒng)運營場景功能試驗，重點是按實際可能的運營需求，在試驗段將ATO各單項功能串聯(lián)起來進行與實際運營場景相同的列車運行，以測試實際的運營功能。具體功能試驗如下。

1．進出動車段。主要測試ATO系統(tǒng)駛出/駛?cè)雱榆嚩螘rATP的防護功能，包含自動駕駛模式(AM)退出、自動速度調(diào)整等。場景選擇從站臺A發(fā)車，目的地為動車段，線路限速200 km/h。

2．站臺發(fā)車。主要測試ATO系統(tǒng)站臺建立發(fā)車過程的功能，包含自動駕駛模式(AM)建立、CTC運行計劃調(diào)整、運行計劃轉(zhuǎn)換、自動排列發(fā)車進路、屏蔽門(安全門)狀態(tài)顯示等。場景選擇從站臺A發(fā)車，線路限速200 km/h。

3．正線運行。主要測試列車正線運行中的功能，包含自動速度調(diào)整、運行計劃自動調(diào)整、CTC特殊指令調(diào)整等。場景選擇從站臺A—站臺B，線路限速200 km/h。

4．站臺定點停車。主要測試ATO系統(tǒng)站臺精確停車功能，包含ATO系統(tǒng)獲取站臺運營停車點信息、站臺精確定位、站臺精確停車及門控等;CTC系統(tǒng)自動排列接車進路、屏蔽門(安全門)狀態(tài)顯示功能。場景選擇從站臺A發(fā)車，站臺B停車，線路限速200 km/h，運營停車點設(shè)置為1#股道停車，開門側(cè)信息。

5．區(qū)間停車。主要測試ATO系統(tǒng)區(qū)間控制列車在目標點前停車功能，包含自動速度調(diào)整、進路防護(ATP功能)、區(qū)間自動發(fā)車等。場景選擇從站臺A發(fā)車，區(qū)間設(shè)置紅燈信號機，線路限速200 km/h。

6．車門/屏蔽門(安全門)防護。主要測試ATP對停準判定的控制功能，測試CCS對屏蔽門(安全門)的控制功能，測試TCC在各種場景下的控制功能。

7．車門/屏蔽門(安全門)聯(lián)動控制。主要測試車載和地面設(shè)備對屏蔽門(安全門)的聯(lián)動控制。

8．臨時限速。主要測試CTC系統(tǒng)通過TSRS設(shè)置臨時限速信息，ATO對區(qū)間臨時限速的響應(yīng)功能，包含自動速度調(diào)整、運行計劃調(diào)整等。場景選擇從站臺 A發(fā)車，站臺 B停車，線路限速200 km/h，在區(qū)間設(shè)置臨時限速為80 km/h。此時CTC可以選擇合適的運行曲線或計劃。

9．列車追蹤運行。測試列車追蹤條件下ATO系統(tǒng)的速度調(diào)整功能，包含自動速度調(diào)整、運行計劃調(diào)整等。場景選擇從站臺A發(fā)車，站臺B停車，線路限速200 km/h，在區(qū)間設(shè)置占用，當列車接近時開通進路。

10．一端有人自動折返。測試ATO系統(tǒng)在終端折返站自動折返過程的功能。

11．測試站臺緊急關(guān)閉時，系統(tǒng)的相關(guān)處理(聯(lián)鎖，TCC、CTC狀態(tài)顯示)功能。

12．互聯(lián)互通測試。測試未裝備 ATO的CTCS-2車載設(shè)備，是否能夠完成正常的CTCS-2級防護功能。

目前，莞惠線試驗段正處于建設(shè)階段，ATO系統(tǒng)設(shè)備尚處于研發(fā)階段，按照總體施工組織設(shè)計安排，將于2014年初開始系統(tǒng)靜態(tài)測試試驗，年底完成系統(tǒng)運營場景功能試驗。珠三角城際鐵路具有“高密度、公交化”的特點，通過ATO系統(tǒng)的功能試驗，驗證其主要功能的可用性和合理性，為ATO系統(tǒng)在城際鐵路和其他高速鐵路項目應(yīng)用提供依據(jù)，對系統(tǒng)在正式工程順利使用和保證運營安全均具有重要意義。城際鐵路列控系統(tǒng)在CTCS-2級列控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)ATO功能，將進一步補充和完善中國自主知識產(chǎn)權(quán)的CTCS列控系統(tǒng)的技術(shù)體系，拓展了CTCS列控系統(tǒng)的應(yīng)用空間，隨著城際軌道交通建設(shè)的不斷推進，以CTCS-2+ATO為基礎(chǔ)的信號列控系統(tǒng)將日趨完善。

［1］中華人民共和國鐵道部.鐵集成［2007］24號.客運專線CTCS-2級列控系統(tǒng)配置及應(yīng)用技術(shù)原則(暫行)［S］.2007.

［2］中華人民共和國鐵道部.運電高信函［2012］426號.珠三角城際軌道交通ATO系統(tǒng)用戶需求書［S］.2012.